CN103134082B - 用于在脉冲爆震燃烧器操作期间定位爆震转变的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在脉冲爆震燃烧器操作期间定位爆震转变的方法。更具体而言，提供了一种用于操作脉冲爆震燃烧器(PDC)的技术。燃料/空气混合物的流经由入口提供至燃烧管，并且在沿燃烧管的长度的所选定的位置处启动引发***，以在所选定的位置处点燃燃烧管内的燃料/空气混合物。这允许选定预期爆震区域，燃料/空气混合物的燃烧预期将在该预期爆震区域处转变为爆震。

Description

用于在脉冲爆震燃烧器操作期间定位爆震转变的方法

技术领域

所描述的***和技术包括涉及用于改变在脉冲爆震燃烧器内的爆燃至爆震位置的技术和***的实施例。该***和技术还包括涉及改变在这样的燃烧器内的用于燃烧的点燃点的实施例。

背景技术

随着脉冲爆震燃烧器(PDC)和发动机(PDE)的最近发展，已经进行各种努力以在实际应用中使用PDC/PDE，例如用于飞行器发动机的燃烧器和/或作为在后涡轮级中产生额外的推力/推进的装置。这些努力主要涉及脉冲爆震燃烧器的操作，而不涉及采用脉冲爆震燃烧器的装置或发动机的其它方面。应当指出，下面的讨论将涉及“脉冲爆震燃烧器”(即PDC)。然而，该术语的使用旨在包括脉冲爆震发动机等。

作为爆震过程的结果，脉冲爆震燃烧器的典型操作产生非常高速、高压的脉冲流。这些峰之后是具有显著更低的速度和更低压力流的时段。由于脉冲爆震燃烧器的操作和爆震过程是已知的，所以本文将不详细讨论。当在燃气涡轮发动机的燃烧级中使用脉冲爆震燃烧器时，脉冲化的高度瞬态流动可以在PDC管内的位置处产生巨大的压力和热量，在该位置处，燃烧从普通燃烧(爆燃)转变为爆震。这可以在该特定位置对燃烧器造成增加的磨损。由于这个原因，经历反复转变的这样的位置可变成对燃烧器操作的寿命限制因素。

因此，为了维持PDC的长期操作，可能希望控制这样的转变沿燃烧器的长度发生的位置。

发明内容

在本文所述方法的实施例的一个方面，提供了用于操作脉冲爆震燃烧器(PDC)的技术。PDC具有：燃烧管；入口，其设置在燃烧管的上游端上；增强DDT区域，其位于入口下游的燃烧管内；喷嘴，其设置在燃烧管的下游端上；强化区域，其设置在增强DDT区域的下游和喷嘴的上游；以及燃烧引发***，其沿燃烧管的长度提供多个引发位置。

在该方法的一个方面，燃料/空气混合物的流经由入口提供至燃烧管。在另一方面，引发***在沿燃烧管的长度的所选定的位置处被启动，以在所选定的位置处点燃燃烧管内的燃料/空气混合物。这允许选定预期爆震区域，燃料/空气混合物的燃烧预期将在该预期爆震区域处转变为爆震。在又一方面，燃烧产物通过喷嘴从燃烧管排出。

在本文所述方法的另一个实施例的方面，引发***具有位于引发位置中的每一个处的多个单独的引发器。

在又一个实施例的一个方面，引发***具有第一电极和第二电极。第一电极在燃烧管内，并且第二电极邻近管设置，第一电极和第二电极都从最上游引发位置延伸至最下游引发位置。两个电极中的至少一个可沿其长度选择性地充电或激励。

在又一个实施例的一个方面，确定向爆震转变的位置，并且基于转变的位置而调节所选定的位置，在所选定的位置启动引发***。

附图说明

根据结合附图的后续的详细描述，本发明的以上和其它方面、特征和优点将变得更加明显，其中在若干附图中类似的元件被标以类似的编号，并且其中：

图1是示出具有多个点火源的脉冲爆震燃烧器(PDC)的示例性实施例的示意图；

图2是示出如图1中的PDC的实施例的示意图，其具有物理上加强的强化区域；

图3是示出如图1中的PDC的实施例的示意图，其具有增强冷却的强化区域；以及

图4是示出具有连续可变点火区域的PDC的示例性实施例的示意图。

部件列表

100PDC

110阀门

120燃烧管

130燃料喷射器

140喷嘴

150引发***

160增强DDT区域

170障碍物

182第一单独的引发器/点火器

184第二点火器

186第三点火器

200PDC

210强化区域

220套管

230应变仪

300PDC

310冷却流体路径

320减小的横截面积

400PDC

410等离子引发***

420内电极

430外电极

440电极的活性部分。

具体实施方式

在一般化的脉冲爆震燃烧器中，燃料和氧化剂(例如，诸如空气的含氧气体)在上游入口端处被引入到细长爆震室，其在本文中也称为燃烧管。点火器用来引发该燃烧过程，并且也可以称为“引发器”。在成功转变到爆震之后，爆震波以超音速朝出口传播，从而导致燃料/空气混合物在混合物可从出口大致驱动之前大量燃烧。燃烧的结果是在相当多的气体可通过燃烧器出口逸出之前快速升高燃烧器内的压力。这种惯性约束的效果是产生几乎等容的燃烧。

如上所述，实现燃烧的高压的关键是从作为爆燃的初始燃烧向爆震波的成功转变。当室中的燃料/空气混合物通过火花或其它点火源点燃时，这种爆燃至爆震(DDT)过程开始。由于各种化学和流体动力学，由火花产生的亚音速火焰在其沿管的长度行进时加速。如下所述，可包括在燃烧管内的各种设计要素，例如各种类型的流动障碍，以便促进火焰的加速。

当火焰达到临界速度时，形成“过热点”，该过热点形成局部***，最终将火焰转变为超音速爆震波。DDT过程可占据若干米的室的长度，具体取决于所使用的燃料、燃料/氧化剂混合物的压力和温度(一般称为“燃料/空气混合物”，但可以使用其它氧化剂)、以及燃烧管的截面尺寸。

如本文所用，“脉冲爆震燃烧器”被理解为表示由装置内的一系列反复爆震或准爆震而产生的压力升高、温度升高和速度增加的任何装置或***。“准爆震”为超音速湍流燃烧过程，该过程产生比由爆燃波所产生的压力升高、温度升高和速度增加更高的压力升高、温度升高和速度增加。

除了燃烧室或管之外，脉冲爆震燃烧器的实施例通常包括用于输送燃料和氧化剂的***、点火***和排放***，通常为喷嘴。每种爆震或准爆震可通过各种已知的技术(例如，外部点燃，其可包括火花放电、等离子点火或激光脉冲)，或者通过气体动力学过程(例如，激波聚焦、自动点火或通过接收来自另一爆震的流(交叉火焰点火))而引发。

如本文所用，爆震被理解为表示爆震或准爆震。爆震燃烧器的几何形状使得爆震波的压力升高驱使燃烧产物离开喷嘴，从而产生推力以及排放流中的高压。PDC可包括各种设计的爆震室，包括激波管、共振爆震腔以及管状、涡轮-环形或环形燃烧器。如本文所用，术语“室”包括具有带有恒定或可变横截面积的圆形或非圆形横截面的管道。示例性室包括柱形管以及具有多边形横截面的管，例如六边形管。在本文中所述的所有示例中，将讨论具有大体柱形管形式的燃烧室；然而，应当理解，这些管仅仅是示例性的，并且具有非线性的其它横截面的管也可与本文中所述的技术和***一起使用。

在本文讨论的范围内，术语“上游”和“下游”将用来指与通过PDC的气体路径的流动路径有关的方向。具体而言，“上游”将用来指流从其行进到某点的方向，并且“下游”将用来指流远离某点行进到其的方向。因此，对于***内的任何给定点来说，流将从可见于该点上游的位置前进至该点，并且然后前进至该点下游的位置。这些术语也可一般地用来识别PDC或包含流体流的其它***的“上游端”和“下游端”。与以上所述用法一致，***的上游端是流进入其以引入***中的端，并且下游端是流从其离开***的端。

应当指出，虽然局部流可包括湍流、漩涡、涡流或其它局部流动现象，其导致沿不同于在***内从上游向下游进行的总体方向的方向局部移动的不稳定或循环的流，但是这不改变总体上从上游到下游的***流动路径的总体性质。例如，为增强DDT而围绕位于流动路径内的障碍物的流可产生不在轴向的尾流；然而，下游方向仍然由整体的总体流动的轴线限定，该轴线对应于燃烧管的轴线。

在大体管状形式的背景中，例如PDC的燃烧管(如下文进一步讨论的)，上游和下游方向将大体沿着燃烧管的中心轴线，其中上游方向指向管的进气端，并且下游方向指向管的排放端。大体平行于管的主轴线的这些方向也可称为“轴向”或“纵向”，因为这些方向沿纵长的轴线延伸。

而且，关于PDC燃烧管(或具有伸长轴的任何其它主体)的轴向方向，“径向”方向将指的是沿着或者直接指向轴线(“径向向内”方向)的线或者直接远离轴线(“径向向外”方向)的线延伸的方向。纯径向方向也将正交于轴线，同时成角度的径向方向可包括径向分量和上游或下游分量两者。

“周向”方向将用来描述在给定点处垂直于纯径向方向并且也不具有轴向分量的任何方向。因此，在一点处的周向方向是不具有平行于轴线或穿过该点的径向方向的分量的方向。

图1示出了PDC的一个实施例。PDC100包括在也称为燃烧室的燃烧管120的上游端的阀门110或其它入口，通过其空气或其它氧化剂在操作的填充阶段期间被引入到PDC。燃料也通过在燃烧管的上游端附近的喷射器130而喷入。应当指出，在备选实施例中，燃料和氧化剂可以在管的上游混合并且一起通过阀门110引入。是否预混合或喷射的选择不改变本文所进行的讨论的性质，但可以基于将使用的燃料的性质、其压力、燃料的形式(例如，雾化液体、气体、气化的液体等)以及其它因素而改变。

燃烧管120轴向延伸且终止于喷嘴140中，燃烧产物在操作期间将通过喷嘴140离开燃烧管。如下文进一步讨论地，也包括用于开始燃料/空气混合物中的燃烧的引发***150。管有利地足够长，以允许供燃料/空气混合物的燃烧的火焰前锋加速并实现DDT的足够空间。

虽然实现向爆震转变所需的长度可以随着各种操作条件而变化(如下文将进一步讨论地)，但通常希望为管的设计和操作添加可增加火焰前锋加速速率的特征。这有助于确保在操作条件下在管内实现DDT。在燃烧管120中示出了增强DDT区域160，其大***于燃料引入处(不论通过燃料喷射器130或通过经过阀门110的预混合流)和引发***150的至少一部分的下游，但位于喷嘴140的上游。

在图1所示实施例中的增强DDT区域160包括多个障碍物170，障碍物170在增强区域中沿管120的长度设置在各个轴向位点(station)处。这样的障碍物可采取本领域中已知的各种形式，这可包括但不限于：从管的内表面向内延伸的板；从管的表面径向向内延伸的螺栓或其它突出物；穿孔板或节流机构；表面纹理化特征，例如凹坑、脊或凸缘；或沿增强区域的长度延伸的螺旋管。

增强DDT区域160以与在没有任何障碍物的情况下加速火焰相比更快的速率加速火焰前锋，并且因此有助于燃烧在与没有增强区域的情况下将需要的相比更少的空间(和时间)内达到实现向爆震转变所需的速度。

这样的机构提供了加速火焰前锋的有益效果，但通常也具有比燃烧管的主要结构更大的表面积和更小的结构强度。由于诸如障碍物170的增强物的耐久性通常低于管120本身，所以如果不采取针对与向爆震转变相关联的条件的保护(如下文将进一步讨论的)，则障碍物将变成限制寿命的部件。

除了基于管120的尺寸和构型以及所用具体燃料/氧化剂混合物的改变之外，产生DDT所需的加速量也基于诸如在燃烧管内的燃料/空气混合物的压力和温度的因素而改变。随着压力的增加，加速至DDT的长度将减小。类似地，燃料/空气混合物的温度的增加将减小所需的加速距离。

作为诸如飞行器所用的PDC-涡轮混合动力装置的更大***的一部分，在PDC100的操作期间，PDC将在各种速度和节流设置下操作。这些将改变进给到PDC的混合物的压力，这基于归因于从海平面到飞行高度的环境压力改变的变化，以及归因于将空气进给到PDC的压缩机的效用的压力变化。

在混合PDC-涡轮发动机中，压缩机可以被置于燃烧器排放口下游的涡轮所驱动。因此，所实现的压缩量也受到涡轮的功率输出的影响，该功率输出通过用于发动机的节流设置来体现。因此，当发动机在从地面慢车(低功率、高环境压力、低压缩)到起飞功率(高功率、高环境压力、高压缩)到高空巡航(中等功率、低环境压力、中等压缩)到怠速(idle)降落(低功率、低但不断增加的环境压力、低压缩)变化的条件下操作时，可以经历进给到PDC100的混合物的压力和温度的显著变化。温度也可随高度以及发动机的部件的暖机(heatsoak)而变化，并且冲压空气效应也能改变混合物的压力。

由于所有这些操作因素都能改变进给到PDC中的燃料/空气混合物的压力和温度，达到爆震所需的加速量将在PDC操作期间变化。因此，将实现爆震的特定点将不会始终在混合物点燃的点下游的相同距离处。已经发现，当压力从1大气压增加至20大气压时，在使用相同的管和增强的DDT区域的情况下，点燃处下游的DDT发生处的轴向位置变化达到1英尺。

在转变到爆震的点处，在燃烧过程中产生的压力和热量被最大化。这导致在管的该区域中比包括转变点下游的区域的管的剩余部分经受更高的机械负荷，即使燃烧波可以保持DDT的点下游的爆震。

已使用置于燃烧管上的仪器来观察在燃烧管中在DDT点处的应变，该应变可以比与完全形成的爆震的理论压力相关联的应变高高达五倍。虽然测试已表明压力在转变点的下游下降至远离该峰值，但下游压力仍可高于理想的Chapman-Jouguet爆震所期望的压力。除了在DDT点处经历的更高压力负荷之外，实验显示，在该点处也出现增加的加热。

由于在转变点处增加的能量释放，PDC在转变区域中经受更高的机械负荷。为了补偿在该区域中的更高能量释放，可以采用技术来允许PDC更好地承受这些异常高的压力和热负荷。通常，这些技术将涉及在将经受最高压力负荷的区域中物理地加强PDC管(如下文参照图2将讨论的)或通过增加PDC在将经受最高热负荷处耗散余热的能力(如下文参照图3将讨论的)。

然而，PDC100的这种强化通常需要增加的结构或冷却能力，这会增加PDC的成本、复杂性和重量。因此，通常希望在尽可能小的PDC区域中提供这样的强化。此外，在操作期间转变点随压力增加而向上游的前移可导致DDT在管中发生在增强DDT区域160内，该管在增强DDT区域和喷嘴140之间未提供足够的分离。由于这样的额外结构所增加的相关联的重量以及在填充阶段期间产生要填充的额外的体积，和其中可发生压降的额外的管，为PDC管120增加额外的长度是不可取的。然而，允许转变在增强DDT区域内发生可能会损坏障碍物、表面特征或该区域内的其它增强物，从而导致较差的性能或不能够在较低压力操作条件下实现爆震。

由于加速(run-up)距离受以上所指因素的约束，所以对于给定的一组输入条件来说，调节PDC管内的爆震位置的唯一方式是改变燃烧加速开始的位置，即，为导致向DDT加速的燃烧选择点火点，该选择将转变定位在所需区域内，通常为强化区域。这样的技术也可用来确保爆震转变不发生在增强DDT区域内，如果需要，也可用来产生准爆震。在一个实施例中，这用具有多个引发器的引发***150来实现，这些引发器位于PDC的燃烧管内的不同轴向位点处。

燃烧引发可通过如上所述的各种技术来进行。图1所示引发***具有沿管120的长度设置在不同点处的多个单独的引发器。在图示实施例中，也称为点火器的引发装置为火花点火器，类似于在汽车发动机中用作火花塞的火花点火器。虽然这样的火花点火易于控制和驱动，但结合本实施例讨论的技术大体上适用于置于管内的单独的离散位置处的任何点火器或引发***。

如从附图中可以看出的那样，第一点火器182位于沿管120上游相当远的点处，该点在燃料喷射器130下游的轴向位点处，但在增强DDT区域160上游很远处。第二点火器184刚好位于增强DDT区域的上游处，同时第三点火器186位于增强DDT区域本身内。应当理解，这样的定位可以改变，并且在不脱离本文所述原理的情况下，可以将额外的点火器沿管定位在额外的位点处。

在操作中，一旦管被充分填充，图1的PDC***100可使用点火器182、184、186中的一个或多个来启动燃料/空气混合物的燃烧。例如，在低压操作中(例如，在从怠速开始的初始功率增加时)，加速可以进行较长距离，并且因此位于管120内最上游处的第一引发器182的使用可用来启动燃烧。当需要更高压力的操作时(例如，在由压缩机提供最大压缩量的情况下，在高功率设置下操作时)，所需的较短加速允许使用更下游的引发器仍能在PDC燃烧管内的所需位置处实现向爆震的完整转变。

在这样的实施例中多个引发器的可用性还允许在一个引发器故障时或在通过同时触发多个引发器而最佳地适应发动机的特定操作点时能够连续操作。这些操作技术可导致相比没有故障发生时PDC更低效率的操作，但可以允许连续操作，而不需要由于单个引发器故障而关闭PDC。

如上所述，在不同操作条件下使用不同的引发器可用来控制在PDC管内转变到爆震的位置。在多数情况下，最希望的是控制该位置，使得转变在管的某个区域内发生，该区域被构造成能最佳地应对与转变相关联的反复增加的应力。在图2所示实施例以及图3所示实施例中示出了本文称之为“强化区域”的该区域。

图2示意性地示出了PDC200的实施例，其包括图1所示特征，并且也标示出位于增强DDT区域160下游和排放喷嘴140上游的局部强化区域。该强化区域210可以以各种方式设置以更好地抵御可能由与爆震转变相关联的增加的压力和热负荷引起的破坏性效应。

如图所示，强化区域210可包含额外的材料套管220，该套管在强化区域中围绕燃烧管120并提供针对物理应力的加强。材料的额外厚度也可提供增加的热量吸收能力。

应当认识到，也可使用对套管的替代形式的结构加强。这些形式可包括：缠绕在管周围的代替套管的离散的带；在被加强的区域中管的壁的横截面厚度中的改变；沿被加强区域的外部延伸的纵向凸缘；在被加强区域中提供不同强度、柔韧性或耐热性的材料组成的改变；以及本领域已知的此类其它技术。

也可包括应变仪230并将其在燃烧管120的长度在各个位置处设置在燃烧管120上。这些应变仪可以设置在预计发生向爆震的转变的位置附近的区域中。应变仪可用来确定管材料中的应变最大的位置，并且因此大致确定发生DDT的位置。该信息可用来选择在操作期间启动的合适的点火器182、184、186，以便将转变点移动至所需位置并将DDT保持在管的强化区域210内。在一个特定实施例中，应变仪通常设置在燃烧管的外表面上，以便保护应变仪不受管内的燃烧和爆震波的影响。

图3示出了PDC300***的示意图，其包括图1的特征和包括提高的耐热性的强化区域210。在图示实施例中，PDC300的燃烧管120设置在冷却流体路径310中。在操作中，具有低于燃烧管壁的温度的温度的冷却流体穿过流体路径，以便从管吸收热量并将热量传递到冷却流体中。在图示实施例中，冷却流体路径为逆流流体路径，即，通过冷却流体路径的流在相对于燃烧管的上游的方向上沿着燃烧管的外部。本领域技术人员将认识到，可使用其它冷却流体路径几何形状，并且逆流路径不是每个可能的实施例的有效操作所要求的。

此外，图示实施例示出了在强化区域210中冷却流体路径310的减小的横截面积320。这种减小的横截面积增加了通过该区域的流动速度，这增加了从燃烧管120向该区域中的冷却流体的热传递，并且为该部分管提供了对高热量的更大抵抗力。减小的横截面积还导致在该区域中的冷却流体内增加的压降，因此希望最小化具有这种减小的横截面积的冷却流体路径的部分。

应当理解，在图示实施例中，冷却流体为空气，其穿过阀门110，以便随后进入PDC燃烧管120与燃料混合并燃烧。这样的流布置允许从燃烧管提取热量，同时还预热输入到管中的填充空气。该布置不是为了提供具有增强的冷却的强化区域210所必需的，并且可以使用在本领域中已知的其它布置。

例如，在备选实施例中，冷却流体可以沿相对于燃烧管下游的方向沿燃烧管的外部流动。在另一个备选实施例中，冷却流体可以是来自发动机***内其它位置的旁路空气，或者取自发动机周围的环境流的空气。在又一个备选实施例中，冷却***可利用液体作为冷却流体，或者可以应用本领域已知的其它冷却技术。

除了在强化区域中具有减小的横截面的冷却流体路径之外，其它备选实施例可以利用冷却流体路径内的表面特征，以便改善通过该区域中的管的热传递。例如，在一个备选实施例中，可以在强化区域内的燃烧管的外表面上设置湍流器以增加该区域中的局部流动涡度，以便增加从表面到冷却流体中的热传递。其它备选实施例可使用在强化区域中具有增加的质量流量的流动路径，或者具有用于燃烧管的该区域的更大的热传递能力的单独的冷却***。

在其它备选实施例中，可使用在管的外表面上的肋或沿管的外表面设置的翅片来增加可用于向冷却流体中的热传递的表面积。其它的备选实施例可利用在该区域中的冲击冷却或本领域已知的另外的冷却技术。

在操作中，本文所述***在基本的PDC循环上操作：用燃料和空气的混合物填充管120，通过阀门110或入口引入空气并通过燃料喷射器130引入燃料；使用引发***150点燃燃料/空气混合物；燃烧传播并加速通过混合物，当其沿燃烧管的长度加速时转变为爆震；将排放的产物通过喷嘴140吹出管的排放端；并且然后将新充气引入管中以清除任何排放产物并开始下一爆震循环的填充过程。

特别地，为了利用沿管的长度的多个燃烧引发位置，可以进行附加的步骤。在一个实施例中，使用应变仪230(或其它仪器)来为每个循环确定沿燃烧管120的长度发生向爆震的转变的位置。一旦确定这样的位置，就可以知道在燃烧管的所需区域内是否正在发生爆震。通常将希望在强化区域内发生爆震，但在特定的备选实施例中，对于特定的操作条件，例如在下文所述的节流实施例中，爆震可能在管的其它部分中是期望的。

如果在所需区域中不发生爆震转变，则可以选择不同的引发位置，以调节向爆震加速的起点，以便将后续循环的爆震重新定位在所需区域内。例如，如果检测到爆震正在向上游进一步移动且超出强化区域210以外，则可以使用位于管内更下游的位置处的点火器来引发后续循环，以便将爆震移回到强化区域中。

在其它实施例中，***可以使用控制图，该图针对各种操作条件和参数识别将使用的合适的引发位置。这些参数可包括燃料/空气混合物的压力和温度、PDC(或作为整体的发动机)所要求的功率或节流设置、诸如点火器和增强DDT区域中的障碍物的***的各个部分的操作状况、以及燃烧管内的具体区域的环境温度和应变历史记录。

在实践中，这些技术可组合以提供用于默认设置的控制图以及响应于发动机内的特定条件的闭环***。例如，虽然可能基于控制图来选择点火位置以便基于操作条件将转变定位在强化区域内，但在后续循环中，点火位置的选择可围绕该基本位置而略微改变，以便扩散峰值应力和热负荷。这样，可均摊沿强化区域的长度的磨损，以便防止由于长时间处于将DDT置于单个位置处的特定操作模式而导致***的一个部分中的过早失效。

诸如上文所述的技术可用来提高PDC及其部件的使用寿命。通过将爆震转变保持在最能经受由DDT所施加的额外的应力和热量的那些管的部分内，提高了PDC的总体寿命。而且，即使在强化区域内，转变点的周期性重定位也可以减少该区域内的任一点处所受到的反复应力，从而也延长强化区域的寿命。此外，通过检测爆震何时没有正确地发生或者发生在可能被爆震损坏的管的部分中，例如增强DDT区域中，可以保护这些区域以防止其受到本来也会减少这些部件的使用寿命的磨损。

除了提高各种部件的使用寿命之外，本文所述的技术可用来在多个管中产生节流效应。例如，可能存在这样的操作条件，其中希望仅实现准爆震(处于比爆燃更高的速度和压力下的加速火焰前锋，但其压力小于由完全激波驱动的燃烧前锋实现的Chapman-Jouguet爆震压力)，而不是完全爆震。在这些条件下，使用比将导致燃烧管内的转变的位置更下游的点火位置将导致没有实际的DDT，并且因此将消除在与转变相关联的该点处的增加的能量释放(及其热量和压力峰值)。这有助于保持机械***的寿命，同时仍然提供相比纯爆燃***的效率增加。

在这样的操作模式下，本文所述的***和技术可用来确保选择在下游足够远处的点燃位点，使得在将流通过喷嘴吹出之前不实现爆震峰值。这减少了排放气流的能量，并且可以因此用作节流机构，这对于沿管的长度的单个点燃位置来说是不可能的。这样的操作模式也可能有利于在超出管的强化区域中的温度极限并且需要临时减少向管中的放热时使用。该技术不需要改变燃烧管的填充系数(fraction)。

在操作中，单个发动机可具有多个管，所有管都向位于PDC喷嘴下游的单个涡轮点火。本文所述技术和相对于单个PDC描述的***可应用于多管***内的每个PDC。这不但可以提供以与给定操作点处的其它管相同的方式定位每个管的爆震的优点，而且以如下方式操作不同的管，即，以便在略微不同的点处实现它们的爆震。这对于控制振动或共振效应，以及在发动机的较大长度上分布转变点的热量和热负荷是重要的。

例如，在具有多个管的***中，并不需要操作所有管以在相同位置处产生DDT。这可以用来允许共享的强化(例如冷却)在各个管之间更有效地分布。以上所述节流技术也可用于循环内的一些管而不是其它管，以便允许在仍然操作的同时冷却应力过大的管。

应当认识到，虽然以上结合附图中示出的特定实施例描述了***，但可以使用所示具体构型的各种备选方案。例如，虽然图1中的火花引发器示出为全部在燃烧管中具有相同的周向位点(即，它们均示出为从管的顶部下降)，但引发器可以分布在管周围的各个周向位置，就包装(packaging)原因而言这可能是期望的。

此外，可能期望的是将多个引发器沿管置于相同轴向位点，以便提供冗余或提高的点火性能。在一些实施例中，在相同轴向位点处的点火器可以被同时触发，以便将点火核心分布在管内。在其它实施例中，在单个位点处的点火器可以独立地使用。在其它实施例中，可能期望的是在单个爆震循环内使用多于一个的点火位置，以解决对点火器中的一些的损坏或有助于促进火焰前锋的加速。

尤其是对于高压操作而言，将引发器置于增强DDT区域内也可能是在某些实施例和操作技术中所期望的。在增强DDT区域内的布置上的变化也是可能的。例如，在一些实施例中，将引发器布置在增强DDT区域内的流动障碍物的尾流内可能有利于以较低的点火器功率实现点火，并且提供针对传播的火焰前锋对引发器的直接影响的保护，这可以提高位于燃烧区内的那些引发器的使用寿命。

在图4中以示意图形式示出了引发***的一个备选实施例，该***可提供沿引发器的长度的连续可变的点火位置。参照图1至图3描述的PDC***示出了引发***150，其利用单独的引发器，具体地为火花点火器，每个引发器沿管的轴向长度设置在离散的位置处。然而，其它点火***可以被构造成提供可变的引发位置，这些位置不限于离散的位置，但可以在区域内连续变化。

在图4中所示的PDC400的实施例中，示出了可提供这样的特征的等离子引发***410。虽然图1的其它特征以基本上相同的方式提供，但各个点火器替换成一对等离子电极：在燃烧管120内大体居中设置的内电极420；以及沿燃烧管的壁设置的外电极430。这两种电极均在PDC的轴向长度上延伸。电极中的至少一个能够部分地被激励，以便只有其长度的一部分带电。虽然不是本文所述操作所要求的，但通过由沿管螺旋的多个线圈形成外电极可以更容易用外电极来实现这一点，并且这些线圈可以电气连接到在各个位置处的控制***。通过沿外电极激励更多的线圈，控制***可以根据需要有效地激励尽可能多或尽可能少的外电极。

由于等离子引发器410通过产生可以形成等离子的高度离子化区域而工作，引发器将只能在两电极的激励部分之间产生所需的等离子。仅激励外电极的一部分将允许控制***将等离子定位在外电极440的激励部分和最近的内电极420的部分之间。这样，控制***可以将等离子和因此的燃料/空气混合物的燃烧点火定位在沿电极的激励长度的任何地方。

本实施例可提供对所选定的引发位置的精度更高的控制，并且当希望点火点的微小变化时可能尤其有效，例如以便围绕基本操作点微调操作，或者为了在爆震点中产生微小变化以限制强化区域内的单个点的连续的过度应力。

本文所述各个实施例可用来提供对PDC的使用寿命和效率的提高。它们也可用来提供对PDC操作的更灵活的控制环境。任何指定的实施例可提供所引述的优点中的一个或多个，但不需要为任何其它实施例提供所引述的所有目的或优点。本领域的技术人员将认识到，可以以实现或优化如本文所教导的一个或一组优点的方式来体现或实现本文所述***和技术，而不必实现如本文所教导或建议的其它目的或优点。

本书面描述能够使本领域的普通技术人员制造并使用具有同样对应于权利要求中引述的发明要素的备选要素的实施例。因此，本发明的范围包括与权利要求的字面语言并无不同的结构、***和方法，并且进一步包括与权利要求的字面语言无实质差别的其它结构、***和方法。虽然本文已示出和描述了仅仅某些特征和实施例，但相关领域的普通技术人员可以想到许多修改和变化。因此，所公开的本发明的范围不应旨在被以上所述特定公开的实施例所限制，而应仅通过忠实地阅读所附权利要求来确定。

Claims (13)

1.一种操作脉冲爆震燃烧器(PDC)的方法，所述脉冲爆震燃烧器具有：燃烧管；入口，其设置在所述燃烧管的上游端上；增强DDT区域，其位于所述入口下游的燃烧管内；喷嘴，其设置在所述燃烧管的下游端上；强化区域，其设置在所述增强DDT区域的下游和所述喷嘴的上游；以及燃烧引发***，其沿所述燃烧管的长度提供多个引发位置，所述方法包括：

将燃料/空气混合物的流经由入口提供至所述燃烧管；

在沿所述燃烧管的长度的选定位置处启动所述引发***以在所选定的位置处点燃所述燃烧管内的燃料/空气混合物，以便选定预期爆震区域，所述燃料/空气混合物的燃烧预期将在所述预期爆震区域处转变为爆震；

将燃烧产物通过所述喷嘴排出所述燃烧管。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发***包括多个单独的引发器，所述引发器中的至少一个设置在所述多个引发位置中的每一个处，并且启动所述引发***包括使用位于所述所选定的位置处的单独的引发器。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个单独的引发器中的至少一个设置在所述增强DDT区域的上游，并且所述多个引发器中的至少一个设置在所述增强DDT区域内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引发***包括：第一电极，其设置在所述管内且至少从最上游引发位置延伸至最下游引发位置；以及第二电极，其邻近所述管设置，其中，启动所述引发***包括使所述电极带有相反电极性的电荷并且选择性地使所述电极中的至少一个仅在所述所选定的位置中带电。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预期爆震区域为所述燃烧管的强化区域。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

检测前次燃烧向爆震转变的位置；以及

基于前次爆震的转变的位置而调节所选定的位置，在所选定的位置启动所述引发***。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转变位置的检测通过在沿所述燃烧管的长度的多个位置处测量在所述燃烧管中的应变而进行。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述燃烧管内不发生向爆震的转变。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于所述燃料/空气混合物的压力和所述燃料/空气混合物的温度中的至少一个来改变所选定的引发位置。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括基于用于所述PDC的受控的节流设置来改变所选定的引发位置。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所选定的爆震区域不在所述燃烧管的长度内，使得在所述燃烧管内不发生所述燃料/空气混合物的爆震。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

检测所述增强DDT区域内的机械失效；以及

调节所选定的位置以便补偿所述机械失效，在所述所选定的位置处启动所述引发***。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述机械失效导致所述增强DDT区域在加速所述燃料/空气混合物的燃烧中降低的效率。